Kviksølv(II)sulfid

Kviksølvsulfid (II).

Generel
Systematisk navn	Kviksølvsulfid (II)
Traditionelle navne	Cinnabar (α), metacinnabarite (β), hypercinnabarite (γ)
Chem. formel	HgS
Rotte. formel	HgS
Fysiske egenskaber
Stat	solid
Molar masse	232,66 g/ mol
Massefylde	(a) 8,09; (β) 7,73 g/cm3
Termiske egenskaber
Temperatur
• smeltning	820°C
Mol. Varmekapacitet	(a) 48,41; (β) 48,50 J/(mol K)
Entalpi
• uddannelse	(a) - 57,6; (β) - 49,4 kJ/mol
Klassifikation
Reg. CAS nummer	1344-48-5
PubChem	62402
Reg. EINECS nummer	215-696-3
SMIL	S=[Hg]
InChI	InChI=1S/Hg.SQXKXDIKCIPXUPL-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	56188
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.
Mediefiler på Wikimedia Commons

Kviksølv (II) sulfid ( kviksølv monosulfid) er en uorganisk binær forbindelse af kviksølv med svovl med den kemiske formel . ${\text{Hg}}_{1-x}{\text{S}}$

Ved atmosfærisk tryk eksisterer det i tre polymorfe modifikationer : trigonal α-HgS ( cinnober ), stabil op til 345 °C, kubisk β-HgS ( metacinnabarite ), stabil i området fra 315 til 481 °C og hexagonal γ-HgS ( hypercinnabar ), stabil fra 470 °C til et kongruent smeltepunkt på 820 °C. Den første af dem er lys rød, den anden er sort. Ved et tryk på 21 GPa fremkommer den fjerde modifikation, som har en kubisk struktur [1] .

Fysiske egenskaber og faseligevægte

Alle modifikationer er faser med variabel sammensætning; homogenitetsregionen af α-HgS ved 315°C når ~4 mol. %. Homogenitetsregionerne i alle faser er forskudt mod svovl, derfor kan kviksølvsulfidmodifikationer beskrives som faser med en mangel på kationdanneren: . ${\text{Hg}}_{1-x}{\text{S}},x\geqslant 0$

Polymorfe modifikationer af kviksølv(II)sulfid [1]

Fase	Mineralogisk navn	Plads Gruppe	Strukturel type	Stabil i området, °C
$\alpha {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	cinnober	$P3_{1}21$	egen	op til 345
$\beta {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	metacinnabarit	$F{\bar {4}}3m$	$\alpha {\text{-}}{\text{Zn}}{\text{S}}$ ( sfalerit )	315 - 481
$\gamma {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	hypercinnabaritis	hex.		470 - 820
$\delta {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	(Ingen)	$Fm{\bar {3}}m$	${\text{Na}}{\text{Cl}}$	højt tryk

Modifikationer α og β er halvledere. Den røde farve på cinnober skyldes det store båndgab (svarende til absorptionskanten på ca. 590 nm). β-modifikation er en halvleder med smalt mellemrum; som alle sphalerit-lignende forbindelser har den en direkte-gab-struktur.

Krystallografiske data og halvlederegenskaber ved 298 K [1] [2] [3]

fza	Gitterparametre		$z$	$\rho$ g / cm3	$For eksempel}$ , eV	$\mu _{n}$ , cm 2 / (V s)
fza	$-en$ , nm	$c$ , nm	$z$	$\rho$ g / cm3	$For eksempel}$ , eV	$\mu _{n}$ , cm 2 / (V s)
$\alpha {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	0,4145 - 0,4162	0,9460 - 0,9530	3	8.09	2.1	45 ( ), 13 ( ) $\parallel \,c$ $\perp c$
$\beta {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	0,586		fire	7,73	0,15	250
$\gamma {\text{-}}{\text{Hg}}{\text{S}}$	0,701	1,413
Bemærk: - antallet af støkiometriske enheder i cellen; - massefylde; er båndgabet; — ledningselektroners mobilitet $z$ $\rho$ $For eksempel}$ $\mu _{n}$

Overgangen af α-fasen til β-fasen ved atmosfærisk tryk sker i temperaturområdet 315-345°C; området for sameksistens af faser er begrænset af trefaseligevægte: eutektoid

\alpha +L({\text{S)))\rightleftarrows \beta

og peritektisk

\alpha \rightleftarrows L({\text{Hg)))+\beta

Her er en væske baseret på svovl; - væske baseret på kviksølv. Overgangen af β-fasen til γ-fasen sker i temperaturområdet 470–481°C; området for sameksistens af faser er begrænset af trefaseligevægte: eutektoid $L({\text{S)))$ $L({\text{Hg)))$

\beta +L({\text{S)))\rightleftarrows \gamma

og peritektisk

\beta \rightleftarrows L({\text{Hg)))+\gamma

γ-fasen smelter kongruent ved 820°C.

Henter

Alle modifikationer af kviksølvmonosulfid kan opnås ved direkte syntese fra simple stoffer ved passende temperaturer og kontrolleret damptryk. Enkeltkrystaller opnås ved smeltevækst eller dampaflejring. Cinnober kan også opnås ved at gnide kviksølv med krystallinsk svovl ved stuetemperatur.

Under udfældning med hydrogensulfid fra opløsninger af kviksølv (II) salte udfældes den sorte β-modifikation af HgS, som er metastabil ved stuetemperatur. Med den gradvise passage af hydrogensulfid gennem en opløsning af kviksølvchlorid dannes først et hvidt bundfald af sulfochlorid:

{\mathsf {3HgCl_{2}+2H_{2}S\rightarrow Hg_{3}S_{2}Cl_{2}\downarrow +4HCl))

som gradvist bliver til gult, brunt og til sidst sort kviksølvsulfid [4] :

{\mathsf {Hg_{3}S_{2}Cl_{2}+H_{2}S\rightarrow 3HgS\downarrow +2HCl))

Ved behandling med opløsninger af alkalimetalpolysulfider omdannes sort kviksølvsulfid til en rød modifikation.

Kemiske egenskaber

Cinnober og metacinnabarit er tungtopløselige i vand: deres opløselighedsprodukter ved 25 °C er henholdsvis: 4,0⋅10 −53 og 1,6⋅10 −5 [5] . Cinnober er usædvanligt inert over for syrer og baser og opløses kun i aqua regia.

Når den opvarmes i en inert atmosfære, sublimerer cinnober; når den oxideres i luft, bliver den sort på grund af dannelsen af metallisk kviksølv:

{\displaystyle {\mathsf {HgS+O_{2}\rightarrow Hg+SO_{2))))

At være i naturen

I naturen er α-modifikationen almindelig som mineralet cinnober , β-modifikationen sker som mineralet metacinnabarit . Mange mineraler er faste opløsninger eller forbindelser af kviksølvmonosulfid med andre chalcogenider, for eksempel:

guadalkacarit - (Hg, Zn)S;
saukovit - (Hg, Cd)S;
opofrit , Hg(S, Se);
actashit - Cu 6 Hg 3 As 5 S 12 ;
livingstone - HgSb 4 S 8 .

Cinnober er den vigtigste kviksølvmalm og udvindes i industriel skala.

Etymologi

På russisk går navnet cinnabar tilbage til andet græsk. κιννάβαρι , lat. cinnabari [6] . Samtidig betyder ordet cinnabari på latin et rødt farvestof, der ikke er så meget mineralsk som af vegetabilsk oprindelse - "drageblod", udvundet af saften fra nogle planter, for eksempel Calamus Draco [7] . Roden κιννα- betyder generelt røde eller rødbrune farver [8] , hvilket er årsagen til navnene κιννάμωμον (κίνναμον), kanel - kanel .

Ansøgning

Siden oldtiden har cinnober været meget brugt som rødt pigment til fremstilling af maling, men på grund af kviksølvs toksicitet er dets anvendelse i denne kapacitet i øjeblikket begrænset.

Kviksølvsulfid, på grund af dets ekstremt lave flygtighed og uopløselighed i vand, bruges som en forbindelse, hvis dannelse tjener som en af metoderne til afstivning .

Stoffet er et kraftfuldt fungicid og kan bruges til at behandle betonbygningskonstruktioner for at forhindre svampeinfektioner.

Som en bred-gap halvleder bruges α-modifikationen til at skabe halvlederdetektorer af ioniserende stråling, især gammastråler, da den på grund af kernens høje tæthed og høje gennemsnitlige ladning effektivt absorberer gammastråling [9] . På basis af kviksølv(II)sulfid opnås halvlederfaste opløsninger ved substitution både i de kationiske (f.eks. ) og i de anioniske (f.eks. ) subgittere. ${\text{Hg}}_{1-x}{\text{Cd}}_{x}{\text{S}}$ ${\text{Hg}}{\text{S}}_{1-x}{\text{Se}}_{x}$

Noter

↑ 1 2 3 State Diagrams of Binary Metallic Systems: Handbook / Ed. N.P. Lyakisheva . - M . : Mashinostroenie, 1997. - T. 2. - 1024 s. — ISBN 5-217-01569-1 .
↑ Fysiske mængder: Håndbog / Red. I. S. Grigorieva, E. Z. Meilikhova. — M .: Energoatomizdat, 1991. — 1232 s. - ISBN 5-283-04013-5 .
↑ Chemical Encyclopedia.
↑ Uorganisk kemi / Ed. Yu. D. Tretyakova . - M .: Academy, 2004. - V. 3: Kemi af overgangselementer. — 368 s. — ISBN 5-7695-1436-1 .
↑ Lurie Yu Yu Handbook of Analytical Chemistry. - 6. udg., revideret. og yderligere - M . : Kemi, 1989. - 448 s. — ISBN 5-7245-0000-0 .
↑ Vasmer M. Etymologisk ordbog over det russiske sprog / Pr. med ham. og yderligere O. N. Trubacheva . - 2. udg., slettet. - M. : Fremskridt, 1986. - T. 2. - 672 s.
↑ Dvoretsky I. Kh. Latin-russisk ordbog. - 2. udg., revideret. og yderligere - M . : Russisk sprog, 1976. - 1096 s.
↑ Dvoretsky I. Kh. oldgræsk-russisk ordbog / red. S. I. Sobolevsky . - M . : Stat. udenlandsk forlag og nationalt Ordbøger, 1958. - Bind 1. - 1043 s.
↑ A. Delin. Første-principberegninger af II-VI-halvlederen β-HgS: Metal eller halvleder (engelsk) . - 2002. - Bd. 65.- Iss. 15 . - P. 153205. - doi : 10.1103/PhysRevB.65.153205 .

Litteratur

Chemical Encyclopedia / Red.: Knunyants I.L. og andre - M . : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4 (Pol-Three). — 639 s. — ISBN 5-82270-092-4 .
Bovina, L.A. et al., Physics of AIIBVI Compounds , red. A.N. Georgobiani, M.K. Sheinkman. — M .: Nauka, 1986. — 319 s.

BeS

NH4HS
( NH4 ) 2SH8N2MoS4 _ _ _
_ _ _ _ _ _

Na2S
NaHS NaCrS2 _ _ _

MgS

Al2S3 _ _ _

SiS
SiS 2

P 4 S 3
P 4 S 7
P 4 S 10